DE1539755C - Elektronenvervielfacher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektronenvervielfacher, bei dem ein Strahl primärer Elektronen durch eine Reihe von Sekundärelektronenemissionen in einem Satz von geraden parallelen Kanälen vervielfacht wird, die in einem elektrischen Längs-Feld angeordnet sind.

Derartige Elektronenvervielfacher und deren Anwendungen in Bildverstärkern sind in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben, z.B. in der USA.-Patentschrift 3,128,408.

Es sei daran erinnert, daß Elektronenvervielfacher der betreffenden Art einen Isolierkörper aufweisen, der von Kanälen sehr kleinen Durchmessers durchzogen ist. Die Innenwände der Kanäle sind mit einer sehr dünnen, einen elektrischen Widerstand aufweisenden Schicht überzogen, welche die Eigenschaft der Sekundärelektronenemission mit einem Koeffizienten δ >1 aufweist. Wenn ein elektrisches Feld in den Kanälen dadurch erzeugt wird, daß eine entsprechende Potentialdifferenz zwischen den Enden der Widerstandsüberzüge hergestellt wird, bewirkt ein Strahl von Primärelektronen, der in die Kanäle unter verschiedenen Winkeln eindringt, eine Reihe von Sekundärelektronenemissionen an den inneren Überzügen. Die Anzahl von Elektronen am Ausgang der Kanäle ist dann erheblich gesteigert im Vergleich zu dem Primärstrahl.

Unangenehmerweise ist die Herstellung der Emissionsüberzüge für diese Elektronenvervielfacher ziemlich schwierig, weil der Durchmesser der Kanäle einige zehn Mikron nicht übersteigt, während die Dicke und der spezifische elektrische Widerstand der Überzugsschichten über die gesamte Länge der Kanäle gleichförmig sein muß. Eine andere Schwierigkeit liegt in der Notwendigkeit zu verhindern, daß der elektrische Strom, welcher in den Überzügen fließt, einen zu hohen Wert annimmt, welcher die Kanäle beeinträchtigen könnte.

Die Erfindung hat einen verbesserten Aufbau eines Elektronenvervielfachers zum Ziel, bei dem die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden werden.

Gemäß der Erfindung ist ein Elektronenvervielfacher der eingangs genannten Gattung dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in den Körper einer Siliziumdiode gebohrt sind, die in Sperrichtung vorgespannt ist. Unter diesen Umständen besteht keine Notwendigkeit mehr, Kanäle mit einem inneren Überzug vorsehen zu müssen, da das Silizium selbst einen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten > 1 besitzt.

Darüber hinaus ist der elektrische Strom, welcher das Silizium durchfließt (Verluststrom), Null oder vernachlässigbar, da die Diode sich im Sperrzustand befindet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der

ίο Zeichnung im einzelnen beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen Bildverstärker mit einem Elektronenvervielfacher der bekannten Art, die

F i g. 2 und 3 einen Elektronenvervielfacher gemäß der Erfindung, wobei Fig. 3 einen Schnitt nach Linie

ι j IH-III von F i g. 2 zeigt, und

F i g. 4 schematisch einen Bildverstärker mit einem Elektronenvervielfacher gemäß der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte bekannte Bildverstärker umfaßt innerhalb eines evakuierten Gefäßes einen isolierenden Zylinder 2, z.B. aus Glas, der von Kanälen 3 durchzogen ist, deren Innenwände mit einem Überzug 4 aus einer Widerstandssubstanz überzogen ist, der durch Oberflächenbehandlung abgelagert ist und beim Auftreffen von Primärelektronen Sekundärelektronen mit einem Verhältnis δ >1 emittieren kann. Auf den gegenüberliegenden Seiten des Zylinders 1 sind eine Fotokathode 5 und ein Leuchtschirm 6 angeordnet, zwischen denen von einer Stromquelle 7 eine Gleichspannung von einigen hundert oder einigen tausend Volt anliegt. Die Enden der Kanäle 3, die der Fotokathode gegenüberliegen, sind auf einem etwas geringeren Potential als der Schirm gehalten.

Wenn ein Lichtbild auf die Fotokathode 5 projiziert wird, dringen von dieser emittierte Elektronen unter verschiedenen Winkeln in die Kanäle 3 ein. Diese Primärelektronen verursachen auf den Emissionsüberzügen 4 die Emission von Sekundärelektronen, welche ihrerseits auf die Emissionswandungen auftreffen und die Emission von tertiären Elektronen bewirken usw. Da der Koeffizient δ größer als 1 ist, sind die Elektronen an dem Ausgang der Kanäle 3 vervielfacht und erzeugen auf dem Fluoreszenzschirm 6 ein Bild 9 mit größerer Helligkeit im Vergleich zu dem anfänglichen Bild 8.

Gemäß der Erfindung ist der Elektronenvervielfacher nach Fig. 1, der durch den Zylinder 2 und die Kanäle 3 gebildet ist, durch einen verbesserten Elektronenvervielfacher ersetzt, der im Aufriß in Fig. 2 und im Schnitt in Fig. 3 dargestellt ist. Der Elektronenvervielfacher gemäß der Erfindung umfaßt eine dicke Randschicht-Diode (vom Surface-Barrier-Typ), die durch einen Silizium-Einkristall 11 von hohem spezifischen Widerstand gebildet ist, der auf einer seiner Flächen einen gleichrichtenden Goldkontakt 12 und auf der anderen Fläche eine Aluminiumschicht 13 trägt, die einen ohmschen, nicht-gleichrichtenden Kontakt bildet. Kanäle 14 mit einem Durchmesser von etwa 30Mikron und einem Abstand von z.B. 100 Mikron voneinander sind in die Diode gebohrt, deren Dicke ungefähr 1 mm beträgt.

Eine Gleichspannungsquelle 15 legt den gleichrichtenden Kontakt 12 an -1000 Volt bezüglich der Aluminiumschicht (umgekehrte Vorspannung), wodurch entlang der gesamten Länge der Kanäle ein beschleunigendes elektrisches Feld erzeugt wird.

Im Betrieb wird eine Elektronenvervielfachung in den Kanälen durch Sekundäremission nur an den Wänden der Kanäle erhalten, welche nicht irgendei-

nen komplementären Überzug tragen, da Silizium ein Sekundärelektronen-Emissionsverhältnis δ > 1 besitzt.

Da die Diode in der umgekehrten Richtung vorgespannt ist, ist der Verluststrom vernachlässigbar.

Dicke Dioden können auf verschiedene Weise hergestellt werden. Wenn ein Silizium-Einkristall mit hohem spezifischen Widerstand von z. B. 1 mm Dicke verfügbar ist, werden Kanäle von einigen 10 Mikron in die Probe durch einen Elektronenstrahl, mittels Laserstrahl oder durch irgendein anderes Verfahren, gebohrt. Um Oberflächenversetzungen zu beseitigen und, wenn nötig, die Löcher zu vergrößern, wird die Probe für einige wenige Minuten in eine Ätzlösung getaucht. Die Randschicht-Diode wird dann dadurch gebildet, daß auf eine ihrer Flächen eine dünne Gold- υ schicht und auf die andere Fläche eine Aluminiumoder Indiumschicht schräg aufgedampft wird.

Wenn der spezifische Widerstand des ursprünglichen Einkristalls ausreichend ist, erstreckt sich die Raumladungszone, welche die Zone des elektrischen Feldes bestimmt, über die gesamte Dicke des Kristalls.

Die Diode kann auch auf einem n-i-p-Gleichrichter aufgebaut sein, wie er in der Technik bekannt ist.

Lithium (n-Verunreinigung) wird in einen Einkristall von_ p-Silizium eindiffundiert, wodurch eine η-Zone (Überschuß an Lithium), eine i-Zone (kompensiert) und eine p-Zone (anfängliches Silizium) gebildet wird. Die i-Zone wird durch Abziehen der Lithiumionen in einem elektrischen Feld vergrößert, das durch Vorspannung der Diode in der Sperr-RichtuHg erhalten ^ wird. Die Temperatur muß zwischen 100 und 200° gehalten werden.

Die toten n- und p-Bereiche werden durch Schleifen und Beitzen verringert. Die so erhaltenen Dioden können eine Dicke von einigen Millimetern aufweisen.

Eine Abwandlung der Technik zur Herstellung dikker Dioden, die ebenfalls bekannt ist, besteht in der vollkommenen Unterdrückung der η-Zone und Abscheidung einer Goldschicht auf der betreffenden Fläche. Danach werden, wie vorstehend, die Kanäle gebohrt, es wird geschliffen, und die Kontakte werden aufgebracht.

F i g. 4 zeigt schematisch einen Bildverstärker mit einem Elektronenvervielfacher nach den Fig. 2 und 3. Der Elektronenvervielfacher ist durch den Block 22 veranschaulicht. Der Bildverstärker umfaßt eine Fotokathode 21 und einen Leuchtschirm 23. Eine Spannungsquelle 24 und ein Spannungsteiler 25 gestatten es, die verschiedenen Elemente auf entsprechende Potentiale zu bringen.

Die Siliziumdiode des Elektronenvervielfachers 22 ist in der umgekehrten Richtung angeordnet, wobei die Goldfläche (gleichrichtender Kontakt) der Fotokathode 21 gegenüberliegt und die Aluminiumelektrode sich gegenüber dem Leuchtschirm 23 befindet.

Wie in Fig. 1 wandelt die Fotokathode 21 ein Lichtbild in ein Elektronenbild um. Das letztere dringt in den Vervielfacher 22 ein, von dem es verstärkt wieder austritt und auf den Leuchtschirm 23 auftrifft. Auf diesem erzeugt es ein Bild mit vergrößerter Helligkeit im Vergleich zu dem anfänglichen Bild.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektronenvervielfacher, bei dem Primärelektronen in gerade parallele Kanäle eintreten, welche in einem elektrischen Feld angeordnet sind, in dem aufeinanderfolgende Sekundärelektronenemissionen auf den Innenflächen der Kanäle die Elektronen am Ausgang vervielfachen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in den Körper einer in Sperr-Richtung vorgespannten Siliziumdiode gebohrt sind.

2. Bildverstärker mit einem Elektronenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fotokathode dem Eingang des Vervielfachers und ein Leuchtschirm dem Ausgang des Vervielfachers gegenüberliegt.